Om in 'n swart gat te val is maklik die ergste manier om te sterf.
Halloween is 'n tyd om deur spoke, kabouters en geeste agtervolg te word, maar niks in die heelal is skrikwekkender as 'n swart gat.
Swart gate – streke in die ruimte waar swaartekrag so sterk is dat niks kan ontsnap nie – is deesdae 'n warm onderwerp in die nuus. Die helfte van die 2020 Nobelprys vir Fisika is aan Roger Penrose toegeken vir sy wiskundige werk wat toon dat swart gate 'n onvermydelike gevolg is van Einstein se swaartekragteorie. Andrea Ghez en Reinhard Genzel het die ander helfte gedeel omdat hulle dit gewys het 'n massiewe swart gat sit in die middel van ons sterrestelsel.
Swart gate is om drie redes skrikwekkend. As jy in 'n swart gat val wat oorgebly het toe 'n ster gesterf het, sou jy versnipper word. Die massiewe swart gate wat in die middel van alle sterrestelsels gesien word, het ook onversadigbare aptyt. En swart gate is plekke waar die wette van fisika uitgewis word.
Ek bestudeer al meer as 30 jaar swart gate. In die besonder Ek het gefokus op die supermassiewe swart gate wat in die middel van sterrestelsels skuil. Die meeste van die tyd is hulle onaktief, maar wanneer hulle aktief is en sterre en gas eet, kan die streek naby die swart gat die hele sterrestelsel wat hulle huisves, uitstraal. Sterrestelsels waar die swart gate aktief is, word genoem kwasars. Met alles wat ons oor swart gate oor die afgelope paar dekades geleer het, is daar nog baie raaisels om op te los.
Dood deur swart gat
Daar word verwag dat swart gate sal vorm wanneer 'n massiewe ster sterf. Nadat die ster se kernbrandstof uitgeput is, stort sy kern ineen tot die digste toestand van materie denkbaar, honderd keer digter as 'n atoomkern. Dit is so dig dat protone, neutrone en elektrone nie meer diskrete deeltjies is nie. Aangesien swart gate donker is, word hulle wanneer gevind hulle wentel om 'n normale ster. Die eienskappe van die normale ster laat sterrekundiges toe om die eienskappe van sy donker metgesel, 'n swart gat, af te lei.
Die eerste swart gat wat bevestig is, was Cygnus X-1, die helderste X-straalbron in die Cygnus-konstellasie. Sedertdien is sowat 50 swart gate ontdek in stelsels waar 'n normale ster om 'n swart gat wentel. Hulle is die naaste voorbeelde van ongeveer 10 miljoen wat na verwagting deur die Melkweg gestrooi sal word.
Swart gate is grafte van materie; niks kan hulle ontsnap nie, nie eers lig nie. Die lot van enigiemand wat in 'n swart gat val sou 'n pynlike "spaghettifikasie" wees, 'n idee wat deur Stephen Hawking in sy boek gewild gemaak is "'n Kort geskiedenis van tyd.” In spaghettifikasie sou die intense swaartekrag van die swart gat jou uitmekaar trek en jou bene, spiere, senings en selfs molekules skei. Soos die digter Dante die woorde oor die poorte van die hel beskryf het in sy gedig Divine Comedy: Laat vaar hoop, almal wat hier ingaan.
'n Honger dier in elke sterrestelsel
Oor die afgelope 30 jaar is waarnemings met die Hubble-ruimteteleskoop het dit gewys alle sterrestelsels het swart gate in hul middelpunte. Groter sterrestelsels het groter swart gate.
Die natuur weet hoe om swart gate oor 'n verbysterende reeks massas te maak, van sterlyke 'n paar keer die massa van die Son tot monsters wat tien biljoene keer meer massief is. Dis soos die verskil tussen 'n appel en die Groot Piramide van Giza.
Net verlede jaar het sterrekundiges die eerste foto ooit van 'n swart gat en sy gebeurtenishorison, 'n 7-miljard-sonmassa-dier in die middel van die M87 elliptiese sterrestelsel.
Dit is meer as 'n duisend keer groter as die swart gat in ons sterrestelsel, wie se ontdekkers vanjaar se Nobelprys ingepalm het. Hierdie swart gate is die meeste van die tyd donker, maar wanneer hul swaartekrag nabygeleë sterre en gas intrek, ontvlam hulle in intense aktiwiteit en pomp 'n groot hoeveelheid straling uit. Groot swart gate is op twee maniere gevaarlik. As jy te naby kom, sal die enorme swaartekrag jou insuig. En as hulle in hul aktiewe kwasarfase is, sal jy deur hoë-energie bestraling ontplof word.
Hoe helder is 'n kwasar? Stel jou voor dat jy snags oor 'n groot stad soos Los Angeles sweef. Die sowat 100 miljoen ligte van motors, huise en strate in die stad stem ooreen met die sterre in 'n sterrestelsel. In hierdie analogie is die swart gat in sy aktiewe toestand soos 'n ligbron van 1 duim in deursnee in die middestad van LA wat die stad met 'n faktor van honderde of duisende oortref. Kwasars is die helderste voorwerpe in die heelal.
Supermassiewe swart gate is vreemd
Die grootste swart gat wat tot dusver ontdek is weeg 40 miljard keer die massa van die Son, of 20 keer die grootte van die sonnestelsel. Terwyl die buitenste planete in ons sonnestelsel een keer in 250 jaar wentel, draai hierdie veel meer massiewe voorwerp een keer elke drie maande. Sy buitenste rand beweeg teen die helfte van die spoed van lig. Soos alle swart gate, word die groot gate van die sig afgeskerm deur 'n gebeurtenis horison. By hul sentrums is 'n singulariteit, 'n punt in die ruimte waar die digtheid oneindig is. Ons kan nie die binnekant van 'n swart gat verstaan nie, want die wette van fisika breek. Tyd vries by die gebeurtenishorison en swaartekrag word oneindig by die singulariteit.
Die goeie nuus oor massiewe swart gate is dat jy kan oorleef om in een te val. Alhoewel hul swaartekrag sterker is, is die strekkrag swakker as wat dit met 'n klein swart gaatjie sou wees en dit sal jou nie doodmaak nie. Die slegte nuus is dat die gebeurtenishorison die rand van die afgrond aandui. Niks kan van binne die gebeurtenishorison ontsnap nie, so jy kon nie ontsnap of oor jou ervaring verslag doen nie.
Volgens Stephen Hawking is swart gate stadig verdamp. In die verre toekoms van die heelal, lank nadat alle sterre gesterf het en sterrestelsels uit die oog geruk is deur die versnelde kosmiese uitbreiding, sal swart gate die laaste oorlewende voorwerpe wees.
Die mees massiewe swart gate sal 'n neem ondenkbare aantal jare om te verdamp, geskat op 10 tot die 100ste mag, of 10 met 100 nulle daarna. Die engste voorwerpe in die heelal is amper ewig.
Geskryf deur Chris Impey, Universiteit Vooraanstaande Professor in Sterrekunde, Universiteit van Arizona
Oorspronklik gepubliseer op Die gesprek.
